Одним из условий протекания реакции между электролитами является образование осадка, то есть нерастворимого соединения. Например:
Ag+ + Cl– = AgCl↓
Константу равновесия данного процесса можно выразить уравнением:
К = [Ag+] [Cl–] = ПР
Концентрация хлорида серебра принимается равной единице и не записывается в выражении для константы, поскольку это твердое вещество. Поскольку значение константы равновесия не зависит от концентрации, то в насыщенном растворе слабого электролита произведение концентраций его ионов в растворе величина постоянная при данной температуре и называется произведением растворимости (ПР). ПР количественно характеризует способность электролита растворяться.
В общем виде ПР электролита записывается с учетом степеней стехиометрических коэффициентов ионов, образующих осадок. Например, для реакции Pb2+ + 2Cl– = PbCl2 ПР = [Pb2+] [Cl–]2. Если ПР не очень мало или в растворе есть посторонние ионы, то в выражении для ПР следует использовать не равновесные концентрации, а активности ионов, образующих осадок. Например: ПР = а(Pb2+) а2 (Cl-) = f[Pb2+] f[Cl–]2.
Некоторые из веществ при обычных условиях в водных растворах претерпевают химическое превращение. Данный процесс называется гидролизом. Мы рассмотрим наиболее распространенный в растворах процесс гидролиза – гидролиз солей. При взаимодействии соли с водой образуются слабая кислота или слабое основание: СН3СООК + Н2О = СН3СООН + КОН; FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3↓ + 3HCl. В первом случае рН раствора будет > 7 (щелочная среда), а во втором < 7 (среда кислая).
Итак, растворы солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием имеют щелочную реакцию (рН > 7). Растворы солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой, имеют кислую реакцию (рН < 7). Чем слабее основание или кислота, тем большему гидролизу подвергается соль. Процесс гидролиза – процесс равновесный и в общем виде записывается так:
МА + Н2О = НА + МОН
Кг = [НА][МОН]/[МА] – константа гидролиза соли.
Равновесная концентрация воды входит в константу Кг, поскольку является величиной постоянной и в выражения для константы гидролиза не записывается. Константа гидролиза связана с константой диссоциации слабой кислоты или слабого основания следующими соотношениями: Кг = КW/Kкисл; Кг = КW/Kосн. Процесс гидролиза протекает ступенчато: суммарный процесс гидролиза хлорида железа – FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3↓ + 3HCl можно выразить тремя последовательными процессами:
FeCl3 + H2O = Fe(OH)Сl2 + HCl
Fe(OH)Сl2 + H2O = Fe(OH)2Cl + HCl
Fe(OH)2Cl + H2O = Fe(OH)3↓ + HCl
Наиболее полно протекает гидролиз солей, образованных слабой кислотой и слабым основанием, например ацетата аммония.
Коллоидные растворы.
Как известно, коллоидные растворы (диаметр частиц от 1 до 300 нм) являются дисперсной системой. В дисперсных системах различают дисперсную фазу и дисперсную среду. Дисперсная фаза – это совокупность частиц, распределенных в непрерывной дисперсной среде.
Необходимым условием образования коллоидных растворов является малая растворимость дисперсной фазы в дисперсной среде и наличие в системе веществ, способных стабилизировать коллоидные частицы. Стабилизаторами коллоидных растворов (или золей) могут быть соединения, образующиеся при взаимодействии дисперсной фазы с дисперсной средой. Адсорбируясь на границе раздела фаз, они образуют в поверхностном слое барьер, который препятствует слипанию коллоидных частиц.
Согласно мицеллярной теории коллоидные растворы состоят из двух частей: мицеллы и интермицеллярной жидкости. Мицелла – это структурная единица дисперсной фазы, окруженная двойным электрическим слоем. Интермицеллярная жидкость – это дисперсная среда, отделяющая мицеллы друг от друга.
Строение мицеллы иодида серебра.
AgNO3 + KI = AgI + KNO3
1) в избытке иодида калия: { [ m AgI ] nI–... (n-x) K+ } x– x K+
центр потенциалопределяющие ионы
ядро противоионы
коллоидная частица
мицелла
2) в избытке нитрата серебра: {[mAgI] nAg+... (n-x)NO3–}x+ xNO3–.
Устойчивость коллоидных растворов зависит от величины заряда коллоидной частицы – чем он выше, тем устойчивее коллоидная система. Прибавление к золю электролитов вызывает понижение заряд коллоидной частицы в результате изменения структурного слоя противоионов, что способствует коагуляции (слипанию) коллоидных частиц. Коагуляция, в свою очередь, приводит к седиментации (осаждению) частиц в виде осадка.
Лекция 12.
